光电鼠标传感器的精密测量与控制系统

1 检测系统硬件组成
1．1 OM02光学传感器芯片及鼠标控制器
这款光学CMOS传感器是一款针对个人计算机所配置的非接触式光电鼠标芯片，集成有数字信号处理器(DSP)、双通道正交输出端口等。在芯片底部有一个感光眼，能够不断地对物体进行拍照，并将前后两次图像送入DSP中进行处理，得到移动的方向和距离。DSP产生的位移值，转换成双通道正交信号，配合鼠标控制器，将双通道正交信号转化成单片机能够处理的PS／2数据格式。设备安装在一套塑料的光学透镜设备上，并配有一个高强度的LED。此外，它可提供高达40O点／in的分辨率以及16 in／s以内的检测速度。
图1为鼠标芯片传感器的装配图。因OM02芯片为CMOS型传感器，因此必须配有与之相适应的高强度发光二极管，发射角度(与底板之间的夹角)为30°～45°。在标准安装配合后，底板距离工作表面的有效距离在O～2 mm内，OM02芯片可进行正常的数据接收检测。

1．2 检测控制原理及系统硬件设计
本系统采用全闭环控制方式，如图2所示。将鼠标检测到的位移增量反馈回单片机，并进行数字式PID控制，然后将运算结果通过D／A转换芯片传给变频器，进而控制电机的转速。

系统主要由电动机、传动部分、执行部分和控制部分组成。机械传动系统作为塑封电感器机器的重要组成部分，不仅应能实现预期功能，而且应具有良好性能。为此，采用三相交流异步电机(Y2—63M1—4型，O．12 kW)、变频器(富士FRNO．4C1S一4C)、30：1蜗轮蜗杆减速器、v型B相带传输装置、P204型球轴承及轴承座等作插件电感为模拟工业设备的主要传动及执行部分。通过单片机调整数模转换器的输出电压U，可改变变频器的输出频率，从而改变电机转速。

2 单片机程序设计
2．1 鼠标通信协议原理
鼠标与单片机的数据通信方式采用PS／2通信协议。PS／2鼠标的物理接口为6脚圆形接口。使用中只需第1引脚Data、第3引脚GND、第4引脚+5VPower和第5引脚Clock这4个引脚即可。
鼠标履行一种双向同步串行通信协议，在时钟信号的作用下串行发送或者接收数据。通常情况下，单片机在总线上具有总线控制优先权，可在任何时候抑制来自于鼠标的通信。从鼠标到单片机的数据在时钟的下降沿被读取；相反，单片机到鼠标的数据在时钟的上升沿被读取。时钟信号总由鼠标内部的芯片提供，时钟频率一般在10～20 kHz。
(1)一体电感单片机对鼠标的通信
根据协议要求，单片机对鼠标的控制只需把时钟线拉低最少100μs以上来禁止其通信，并且单片机拉低数据线使之处于请求发送状态。如图3所示，时钟线升为高电平后被PS／2设备重新拉低，即可开始单片机向鼠标的通信。

(2)鼠标对单片机的通信
因单片机对总线具有控制权，当鼠标要向单片机发送信息时，必须先检查时钟线是否为高电平。如图4所示，当时钟线出现高电平、数据线出现低电平时，表明鼠标请求发送，单片机可以接收来自鼠标的数据。

(3)单片机发送的控制数据
按照鼠标的PS／2协议规范，实际编程时先对鼠标发送Oxff使其复位，默认采样频率为10O次／s，缩放比例为1：1，数据报告禁止。使用Oxea命令进入strearn模式，使用Oxe8、0x03命令设置解析度为8点／mm，使用Oxf4命令使能数据报告。配合AT89S51单片机的定时器塑封电感功能，将其时间常数设置为电感生产厂家0．1 s，每次中断时发送Oxeb命令读取位移数据信息，每发出一次，单片机接收到的位移数据包都包含有位移信息和按键动作信息。具体格式如表1所列。编译时也只需提取X3的有效数据包即Y方向位移增量。

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